IV. Определение параметров потока в сечении у подошвы откоса дамбы

- максимальное значение полного расхода Q и соответствующие

max

ему значения ширины b и глубины h (вариант 1);

11 11

- максимальное значение удельного расхода q и

max

соответствующие ему значения ширины b и глубина h (вариант 2);

12 12

- максимальное значение ширины прорана b .

max

Расчет по выбранным параметрам производится одновременно для

Q и q .

max max

4.1. Для определения формы свободной поверхности потока

необходимо сравнить величину нормальной глубины h с критической

0

глубиной h и уклона внешнего откоса дамбы i с величиной

кр ВО

критического уклона i .

кр

Определение критической глубины потока (м) (здесь и далее по

тексту формулы в левой колонке относятся к первому варианту

расчета, в правой - ко второму):

_________ _________

/ 2 / 2

/альфа Q /альфа q

3 / max 3 / max

h = \/ ----------; h = \/ -----------, (31)

кр1 2 кр2 g

gb

11

где:

альфа - коэффициент кинетической энергии, принимается равным

1,1;

g - ускорение силы тяжести (g = 9,81 м/кв. с).

Нормальная глубина h потока вычисляется в процессе

0

итерационной процедуры (подбором) по значению модуля расхода К :

0

вычисляется модуль расхода:

Q q

max max

K = ----; K = ----, (32)

01 _ 02 _

\/i \/i

1

где i = -----.

ВО n

отк.

Задавая различные значения h (h ) (здесь и далее по тексту

1 2

значения параметров, указанных в скобках, относятся ко второму

варианту расчета), определяем характеристики потока:

- площадь сечения (кв. м):

омега = b h ; омега = b h ; (33)

1 11 1 2 12 2

- смоченный периметр потока:

хи = b + 2h ; хи = b + 2h ; (34)

1 11 1 1 12 2

- гидравлический радиус:

омега омега

1 2

R = ------; R = ------; (35)

1 хи 2 хи

1 2

- коэффициент Шези:

1 1/6 1 1/6

C = - R ; C = - R , (36)

1 n 1 2 n 2

где n - коэффициент шероховатости, принимаемый равным 0,025;

- значение расчетного модуля расхода К :

r

__ __

K = омега C \/R ; K = омега C \/R . (37)

r1 1 1 1 r2 2 2 2

Подставляя значения параметров, определяемых по уравнениям

(33) - (36), в выражения (37), получим:

____________

/b x h

3 / кр1 1 2

K = 40 x b x h x \/ (----------) ;

r1 кр1 1 b

кр1 + 2h

1

(38)

____________

/b x h

3 / кр2 2 2

K = 40 x b x h x \/ (----------) .

r2 кр2 2 b

кр2 + 2h

2

Результаты расчетов и значения h (h ) заносятся в таблицу.

1 2

Значение h (h ), при котором расчетный модуль расхода K ~= K

1 2 r1 01

(K ~= K ), и будет значением нормальной глубины потока h

r2 02 01

(h ).

02

Величина критического уклона определяется по формуле:

g хи g хи

кр1 кр2

i = --------------; i = --------------. (39)

кр1 2 кр2 2

альфа C b альфа C b

кр1 кр1 кр2 кр2

Подставляя значения параметров, определяемых по уравнениям

(33) - (36) при h = h , в (39), получим:

кр

______________

/ 4

/(b + 2h )

-3 3 / кр1 кр1

i = 5,57 x 10 x \/ ---------------;

кр1 b x h

кр1 кр1

(40)

______________

/ 4

/(b + 2h )

-3 3 / кр2 кр2

i = 5,57 x 10 x \/ ---------------,

кр2 b x h

кр2 кр2

где b = b ; b = b .

кр1 11 кр2 12

В зависимости от глубины потока в начале откоса h (h ) и

11 12

соотношения i > либо < i (i > либо < i ) и h > либо < h

кр1 кр2 01 кр1

(h > либо < h ) определяется форма свободной поверхности

02 кр2

потока.

4.2. Определение глубины потока в сечении у подошвы откоса.

Из полученных значений h , h , h (h , h , h )

11 01 кр1 12 02 кр2

выбираются наибольшее и наименьшее значение глубины потока [h ,

max1

h (h , h )] и вычисляется среднее значение:

min1 max2 min2

h + h h + h

max1 min1 max2 min2

h = -------------; h = -------------. (41)

ср1 2 ср2 2

Определяем длину откоса L, на которой устанавливается

нормальная глубина h (h ):

01 02

-

L = h n [эта - эта - (1 - j ) x

1 01 отк. 21 11 1

x [фи(эта ) - фи(эта )]];

21 11

(42)

-

L = h n [эта - эта - (1 - j ) x

2 02 отк. 22 12 2

x [фи(эта ) - фи(эта )]];

22 12

____________________

/ b

- 3 / ср1 4

j = 45 x \/h x (------------) ;

1 ср1 b + 2h

ср1 ср1

(43)

____________________

/ b

- 3 / ср2 4

j = 45 x \/h x (------------) ,

2 ср2 b + 2h

ср2 ср2

где:

b = b , b = b ;

ср1 11 ср2 12

эта - относительная глубина (для каждого из вариантов)

ij

определяется:

h h

max1 max2

эта = -----; эта = -----; (44а)

11 h 12 h

01 02

h h

min2 min2

эта = -----; эта = -----. (44б)

21 h 22 h

01 02

По величинам гидравлических показателей русла X1 (X2) и

относительным глубинам находятся функции относительной глубины

фи(эта ), фи(эта ) и фи(эта ), фи(эта ) (см. Приложение 1).

11 12 21 22

Гидравлический показатель русла определяется по формулам:

2,8 2,8

X = 3,4 - --------; X = 3,4 - --------. (45)

1 b 2 b

ср1 ср2

---- + 2 ---- + 2

h h

ср1 ср2

Полученные в (42) величины L и L сравниваются с длиной

1 2

внешнего откоса дамбы L .

0

Если полученное значение L < L (L < L ), то считается, что

1 0 2 0

глубина потока у подошвы откоса равна нормальной глубине h = h

01 11

и h = h . Если же значение L > L (L > L ), тогда, задавая

02 12 1 0 2 0

L = L (L = L ), из уравнения (42) определяем глубину потока у

1 0 2 0

подошвы откоса:

L

0

h = ------------------------------------------------------;

01 -

n {эта - эта (1 - j ) x [фи(эта ) - фи(эта )]}

отк. 21 11 1 21 11

(46)

L

0

h = ------------------------------------------------------.

02 -

n {эта - эта (1 - j ) x [фи(эта ) - фи(эта )]}

отк. 22 12 2 22 12

4.3. Определение скорости потока в сечении у подошвы откоса

дамбы.

Скорость u определяется по известному расходу и глубине потока

в сечении у подошвы откоса:

Q q

max max

u = -----; u = ----. (47)

1 b h 2 h

1 01 02

Из полученных расчетов из двух случаев выбираем максимальные

значения параметров потока в сечении у подошвы откоса: глубины

h и скорости u . Ширина потока в этом сечении принимается

max max

равной максимальной ширине прорана b . Эти величины являются

max

исходными для расчета движения потока по прилегающей к хранилищу

местности.